[发明专利]基于BIM-FEM的桥梁健康评估系统和健康评估方法

权利要求书

1.一种基于BIM-FEM的桥梁健康评估系统，其特征在于，包括：运行在服务端的BIM桥梁运维管理模块、ANSYS桥梁有限元安全计算模块和信息转接模块，以及运行在客户端的信息查看模块和信息录入模块；

所述BIM桥梁运维管理模块，用于分类和储存桥梁运维养护过程中产生的运维管理信息，该运维管理信息以自动化和格式化的表达方式储存在服务端的数据库中，并与桥梁BIM三维模型建立关联，供使用人员进行可视化的调用；

所述ANSYS桥梁有限元安全计算模块，用于对桥梁的受力状态进行计算分析，通过桥梁BIM模型中对应桥梁的主要构件的BIM模型信息，建立桥梁有限元模型并求解分析，并将前处理与后处理步骤信息以命令流的方式导出到inp文件中，将求解分析的结果数据导出到ANSYS特有的rst文件中；

所述信息转接模块，用于实现BIM桥梁运维管理模块与ANSYS桥梁有限元安全计算模块之间的信息互馈，并建立两者之间的数据交换通道，实现桥梁BIM模型信息与ANSYS有限元模型信息的同步化；

所述信息查看模块，用于查看储存在BIM桥梁运维管理模块中的运维管理信息和结构应力变形状态，并根据所调取信息的类型，生成自动化和格式化的报表，或者依附于三维模型进行可视化的展示；

所述信息录入模块，用于输入桥梁的基本工程数据和运维管理信息，供BIM桥梁运维管理模块存储。

2.根据权利要求1所述的基于BIM-FEM的桥梁健康评估系统，其特征在于：所述的运维管理信息包括结构信息、检查信息、评定信息、决策信息和维修信息。

3.根据权利要求1所述的基于BIM-FEM的桥梁健康评估系统，其特征在于：所述的BIM模型信息包括几何信息、拓扑信息、荷载信息、材料信息和检查信息。

4.根据权利要求1所述的基于BIM-FEM的桥梁健康评估系统，其特征在于：所述的信息录入模块输入的桥梁的基本工程数据包括有关桥梁结构力学性能参数的变化信息，变化信息包括构件材料属性变动信息、桥面荷载变化信息和新增裂缝病害信息。

5.一种根据权利要求1所述的基于BIM-FEM的桥梁健康评估系统的桥梁健康评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：BIM桥梁运维管理模块中桥梁BIM三维信息模型的建立：

a、首先在BIM建模软件中建立桥梁所包含的所有构件模型，统一所有的构件为零件文件；

b、采用个别添加与批量添加相结合的方式，按类型为构件添加基本工程数据和运维管理信息；

c、根据各构件之间的约束关系和层级关系，依次将构件拼装构件类型模型、部件类型模型、分部结构模型、跨模型、方向模型和整桥模型，最终形成桥梁BIM三维信息模型；

d、将桥梁BIM三维信息模型上传至服务端的BIM桥梁运维管理模块进行信息的分类和整合；

步骤二：ANSYS桥梁有限元安全计算模块中有限元模型的建立：

e、在BIM建模软件中把桥梁模型文件导出为ANSYS所支持的文件格式，将上述建立的桥梁BIM三维信息模型中的几何信息和拓扑信息提取并转化为有限元分析软件中的三维模型信息；

f、对形成的有限元模型中的非结构构件进行删除，仅保留主要结构构件进入接下来的力学分析步骤；

g、根据桥梁建设工程资料，为有限元模型添加单元类型、材料属性、边界条件、接触条件和荷载条件，然后进行模型求解分析；

h、将上述从模型导入到求解结束过程中输入的信息通过ANSYS内置的命令流导出功能将信息导出至inp文件中，求解结果则以rst文件的形式保留，并将上述两个文件作为初始求解文件上传至服务端的ANSYS桥梁有限元安全计算模块中；

步骤三：信息转接模块在BIM桥梁运维管理模块和ANSYS桥梁有限元安全计算模块之间行使信息互馈功能：

i、通过以上步骤，将BIM桥梁运维管理模块中的初始BIM模型信息与ANSYS桥梁有限元安全计算模块的中的初始有限元模型计算信息设定完成后，信息转接模块读取并收集在rst文件中的有限元模型各单元节点的坐标信息、应力信息和变形信息，并根据节点的坐标信息在BIM桥梁运维管理模块的三维模型中进行重建和数据映射，以色域变化的形式对桥梁各个节点的应力和变形情况进行可视化展示，供用户使用客户端的信息查看模块查看储存在BIM桥梁运维管理模块中的运维管理信息和结构应力变形状态，并根据所调取信息的类型，生成自动化和格式化的报表，或者依附于三维模型进行可视化的展示；

j、用户可根据实际桥梁运维数据的变化，通过信息录入模块更新BIM桥梁运维管理模块中存储的桥梁的基本工程数据和运维管理信息，信息转接模块实时监测BIM桥梁运维管理模块中储存的有关桥梁结构力学性能参数的变化信息，并将这些变化信息转化为相应的命令流更新到上述ANSYS桥梁有限元安全计算模块生成的inp文件中；

k、当检测到inp文件中命令流信息出现了更新，信息转接模块通过调用ANSYS桥梁有限元安全计算模块的批处理功能，读取更新后的inp文件并自动在后台进行有限元分析，求解结果则以rst文件的形式保留，并覆盖上一次分析产生的rst文件；

l、信息转接模块重复步骤i中所执行的功能，读取并收集在新rst文件中的有限元模型各单元节点的坐标信息、应力信息和变形信息，并根据节点的坐标信息在BIM桥梁运维管理模块的三维模型中进行重建和数据映射，以色域变化对桥梁各个节点的应力和变形情况进行可视化展示，以实现桥梁运维信息与有限元计算结果的同步更新。